消除大容量電廠鍋爐過熱器及再熱器局部超溫的措施

范衛東

摘 要：在大容量電廠的運行過程中，鍋爐過熱器和再熱器的局部超溫是最常見的問題，其影響因素有很多。通過改變蒸汽流量的分配來補償燃燒側吸熱不均的方法，能夠對過熱器和再熱器進行優化設計，且優點是操作方便、可靠性高。文章詳細分析了鍋爐過熱器和再熱器超溫的原因，提出改進措施。

關鍵詞：大容量電廠；過熱器；再熱器；超溫

在以往，解決鍋爐過熱器和再熱器局部溫度過高的措施是改善燃燒系統，在管子上涂抹絕熱材料。但是經過檢驗，對燃燒系統進行改進的把握性不大，絕熱材料的涂抹也會在一段時間后脫落。因此，通過改變蒸汽流量的分配來補償燃燒側吸熱不均的方法來優化過熱器和再熱器，具有良好的效果。

1 導致過熱器和再熱器局部超溫的原因

鍋爐在運行過程中，過熱器和再熱器產生局部超溫的原因有以下幾個方面：第一，沿煙道的寬度各屏吸熱不均勻，這種不均勻在切向燃燒方式上最大。隨著鍋爐容量的增大，呈現出增大的趨勢。第二，各屏間的蒸汽流量不均勻，對于引進的鍋爐結構，其進口集中箱渦流區的靜壓降低，從而導致各屏間的蒸汽流量不均勻。第三，同一屏不同管間的溫度偏差，導致各管的受熱長度不同，蒸汽流量、輻射量、對流吸熱不均勻。

以上幾種因素，一旦集中出現在一個區域時，該區域的溫度偏差就會加大。舉例而言，在日本進口的三菱350MW鍋爐屏式再熱器，個別屏區出現超溫現象，其原因有兩點：一是煙氣側吸熱高峰，二是渦流區相互重疊。

2 蒸汽側和設計結構的改進方案

關于過熱器和再熱器局部超溫的消除措施，主要是對蒸汽側和設計結構進行改進，包括以下三種措施：第一，在鍋爐的寬度上，或者同一片管屏中吸熱較小的管子上，加裝節流圈來減小蒸汽的流量，從而使吸熱較大的管子蒸汽流量加大。第二，同一片管屏的外圈管，使其下部短路，數量不限，通過縮短受熱長度來增加蒸汽的流量。第三，對管屏在進出口集箱的內徑進行調整，對集箱上三通的位置進行調整，從而減小渦流區降低蒸汽壓力的影響，并且保證其盡量不與最大的吸熱區重疊。

以上三種措施，前兩種主要適用于已經投入運行的鍋爐，第三種則是用在鍋爐的設計上。其中，對于切向燃燒鍋爐而言，通過節流圈改變蒸汽流量的分配，從而平衡煙氣側的吸熱不均效果最佳。這主要得益于兩點優勢：一是切向燃燒的吸熱尖峰位置在鍋爐的寬度上是固定的，二是可以在鍋爐外側進行節流圈的焊接，工程量小。值得注意的是，節流圈的管屏和吸熱尖峰之間要保持一定的距離，以保證在運行過程中，吸熱尖峰即使存在一定距離的移動，也不會和節流管屏碰到。

另外，該方法對節流圈增加的壓力很小。舉例而言，600MW的鍋爐在進行再熱器的改造時，節流圈的蒸汽壓力只增加了0.01MPa，但改進效果顯著：減少了事故噴水量，提高了蒸汽溫度，同時也提高了經濟收益。

3 新型計算方法的特點

節流圈或外圈短路方案的實行，前提是需要有準確的計算方法作為基礎依據。大容量電廠的鍋爐，其過熱器和再熱器的受熱條件很復雜，有對流換熱，也有屏前、屏間、屏后煙室的輻射換熱。這些熱量在管子的分配上，具有很大的不均勻性。國外一些公司在過熱器、再熱器的設計上，應用在管屏的管子使用了不同的材料，采用不同的管徑進行串接，甚至改變了管子的內外位置，但結果顯示各個管子之間的溫差仍然很大。

經過研究和實踐，開發出了一套方法，能夠對過熱器、再熱器同屏各個管子之間的溫差和爐內壁溫進行準確計算。該方法綜合考慮了所有的不均勻性，包括屏前、屏間、屏后、屏下的煙氣輻射熱量，蒸汽的流量，管子的受熱長度，對流換熱等。

舉例而言，屏式過熱器對煙氣輻射量的吸收占據吸熱總量的20%-40%，這些熱量在管子的分配中是不均勻的，首排管子的吸熱量最大，后排管子的吸熱量則越來越小。屏間和屏后在輻射熱量和對流熱量上，也有各自的不均勻性特點。根據這些特點的規律，可以進行輻射、對流傳熱原理的計算。

過熱器、再熱器的管子從出口到入口，由許多管段組成。這些管段位于管子的首排、末排、中間，或者和屏的平面緊貼，懸空在屏間，又或者位于兩邊節距不等的具有不同傳熱特點的位置。所以，要對每個管段分別進行計算，從而分配輻射和對流熱量。

4 鍋爐改造和優化案例

4.1 鍋爐再熱器的設計改造

上海鍋爐廠600MW鍋爐在設計上對再熱器進行結構優化，取得成功，消除了超溫隱患。這個鍋爐的再熱器分為高溫和屏式，主要運用計算方法來調整進出口集箱的內徑，調整三通在集箱上的位置。然后，采用再熱器外圈短路的方法，來減小屏間和同屏管間的熱偏差。后來的使用實踐證明，該方法具有有效性。除此之外，對第二批鍋爐進行設計上的改進，目標是在消除超溫隱患的同時，減小蒸汽的側阻力。從而使再熱器的阻力小于0.2MPa，達到相關部門的要求。

4.2 鍋爐再熱器超溫故障的解決

北侖電廠2008t/h鍋爐進口于美國，屬于亞臨界壓力切向燃燒控制循環鍋爐。從運行開始，再熱器的個別屏間經常出現超過580℃的報警值。經過簡單的改進和維修，但結果這些管子仍然出現報警值，而且本來沒有超溫的管子氣溫反而上升了。后來經過仔細的分析和研究，提出改造方案，即在吸熱性小的管子上加裝不同孔徑的節流圈，從而增大蒸汽流量，降低溫度。改裝后的鍋爐在運行過程中經得住考驗，相關實驗證明，溫度下降值為平均31℃，最高溫度屏的出口氣溫下降在50℃。節流圈的降溫效果為平均16℃，實現了預期的改進目標。

5 結束語

從蒸汽側和結構上入手，解決過熱器和再熱器的超溫問題，具有實在的效用。但關鍵問題在于，要有一套能夠實現準確計算的方法，該計算方法能夠滿足鍋爐改造和優化設計的要求。如此，才能確保電廠鍋爐的正常運行。

參考文獻

[1]王孟浩.消除大容量電廠鍋爐過熱器及再熱器局部超溫的措施[J].中國電力，2003（03）.

[2]王孟浩，王衡，陳朝柱，等.高參數大容量電站鍋爐過熱器再熱器的超溫問題和爐內壁溫在線監測[J].鍋爐技術，2009（01）.

[3]王柏吉.淺析電廠鍋爐再熱器、過熱器運行事故處理[J].電源技術應用，2013（12）.

[4]趙永強.基于電廠鍋爐過熱器和再熱器的事故解析和處理選項[J].中國科技信息，2013（19）.

[5]杜國蘭.電廠鍋爐過熱器超溫爆管的有效防控措施[J].民營科技，2011（12）.